Новая модель раскрывает тайны «паровых миров» вне Солнечной системы

Для астробиологов поиск жизни за пределами Солнечной системы можно сравнить с поиском воды в обширной пустыне — ключевым элементом является её наличие. Один из самых распространённых типов экзопланет, наблюдаемых в других планетных системах, обладает размерами и массой, указывающими на богатый водой состав. Эти планеты, известные как «субнептуны», занимают промежуточное положение между Землёй и Нептуном.

Однако из-за близости к своим звёздам субнептуны слишком горячие для существования жидкой воды на поверхности. Вместо этого их атмосферы, вероятно, состоят из пара, под которым скрываются слои воды в сверхкритическом состоянии — фазе, где вещество не является ни газом, ни жидкостью. С момента первого предсказания таких «паровых миров» 20 лет назад интерес к их структуре и эволюции только растёт.

Учёные из Университета Калифорнии в Санта-Круз разработали новую модель, которая поможет точнее определить состав этих планет и понять их формирование. «Изучив, как образуются самые распространённые во Вселенной планеты, мы сможем сосредоточиться на более редких, но потенциально обитаемых экзопланетах», — отмечает Артем Агичин, ведущий автор исследования.

Результаты работы, опубликованные 24 июля в The Astrophysical Journal, стали возможны благодаря сотрудничеству астробиологов и астрофизиков, включая профессоров Натали Баталху и Джонатана Фортани.

Больше, чем ледяные спутники

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) впервые подтвердил наличие пара в атмосферах нескольких субнептунов. В ближайшие годы ожидается изучение десятков подобных объектов, что делает новые модели crucial для интерпретации данных.

Ранние модели, созданные для ледяных спутников вроде Европы и Энцелада, не подходят для субнептунов. Эти экзопланеты массивнее (в 10–100 раз) и ближе к звёздам, что исключает наличие ледяной коры. Вместо этого их структура включает толстые паровые атмосферы и слои экзотической воды, которая под воздействием экстремальных давления и температуры может превращаться в «суперионный лёд» — фазу, где ионы водорода движутся сквозь кристаллическую решётку кислорода.

Новая модель учитывает экспериментальные данные о поведении воды в экстремальных условиях, что ранее не было доступно. «Недра планет — это естественные лаборатории, где возникают условия, невозможные на Земле. Возможно, некоторые из водных миров станут новыми очагами жизни в галактике», — говорит Натали Баталха.

Уникальные свойства воды, такие как способность растворять соли, сахара и аминокислоты, а также формировать водородные связи, делают её идеальной средой для сложных химических процессов. «Жизнь — это сложная система, а вода предоставляет для неё все необходимые условия», — подчёркивает Агичин.

Взгляд в прошлое и будущее

Модель также учитывает эволюцию субнептунов на протяжении миллиардов лет, что критически важно для точных прогнозов. Проверкой станут данные с JWST и будущей миссии PLATO Европейского космического агентства, которая займётся поиском землеподобных планет в зонах обитаемости.

«PLATO покажет, насколько точны наши модели, и куда двигаться дальше. Пока же мы создаём основу для следующих шагов в поиске жизни», — резюмирует Агичин.

Исследование «паровых миров» не только расширяет наши знания о разнообразии экзопланет, но и заставляет пересмотреть представления о границах обитаемости. Вода, даже в экзотических формах, остаётся главной надеждой астробиологов. Будущие миссии, такие как PLATO и усовершенствованные модели, приблизят нас к ответу на вопрос: одиноки ли мы во Вселенной?